Chalgrin a respecté le plan d'ordonnance fixé par Gabriel pour les abords de la place Louis-XV. « C'est à cette situation et à cette contrainte que l'édifice doit son caractère unique de palais particulier, à la fois français et italien. »
Sur la rue Saint-Florentin, l'architecte n'était pas assujetti aux mêmes contraintes. Il a pris le parti, qu'on retrouve dans plusieurs bâtiments de la même époque, d'un portail sur rue encadré de colonnades à jour qui donne de la lumière la rue comme à l'appartement de l'intendant du Garde-meuble, logé dans l'hôtel d'en face.
« Au fond de la cour, l'entrée réhabilite encore timidement le motif renaissant de la serlienne qui va prendre sa plénitude chez Soufflot et chez Ledoux. Faut-il attribuer à Brunet, le futur entrepreneur de Saint-Philippe-du-Roule, la stéréotomie du grand escalier, qui dessine sous le palier du premier d'harmonieux ramages ? De tels ouvrages ne se soutiennent que par la force des broches métalliques qui s'y dissimulent. Un guide de l'époque, l’Almanach parisien en faveur des étrangers, désigne cette cage d'escalier comme “une œuvre du dernier goût”. Cherpitel [...] s'en est visiblement inspiré à l'hôtel du Châtelet. Rue Saint-Florentin, les murs de l'escalier sont rythmés de niches et de pilastres ioniques, sous une coupole où le peintre Simon Berthélemy a célébré les vertus de M. de Saint-Florentin au moment où il allait être créé duc de La Vrillière : La Force, la Prudence et la Renommée portant à l'Immortalité le globe de la France. »
Dans l'appartement de parade de l'étage noble de l'aile sud, Nathalie Volle reconnaît la main de Berthélemy dans certaines pièces. Les lambris sculptés par Feuillet et Métivier qui se trouvent dans l'arrière-cabinet proviennent du pavillon du Barry de Louveciennes et ont été remontés à l'hôtel de Saint-Florentin sur ordre du baron Alphonse de Rothschild.